Помимо палеоантропологических материалов, важную роль в дискуссии между моноцентристами и полицентристами играют данные молекулярной биологии и генетики. Выше говорилось уже вкратце о биомолекулярных методах изучения филогенеза. Особую популярность среди них приобрело в 80-е гг. XX в. сравнительное изучение митохондриальных ДНК. Как известно, основная масса молекул нуклеиновой кислоты сосредоточена в клеточном ядре, но некоторое количество их имеется и в митохондриях. Считается, что скорость мутирования в ДНК митохондрий выше, чем в ядерных, а, кроме того, они наследуются исключительно по материнской линии. Обе эти особенности повышают их ценность для филогенетических исследований. С начала 80-х гг. стало появляться всё больше работ, в которых сравнивались последовательности нуклеотидов (многокомпонентные звенья цепи нуклеиновых кислот) в митохондриальных ДНК разных групп животных, в том числе и людей. Было установлено, сначала на небольшом количестве выборок из разных расовых групп, что различия в этих последовательностях у людей очень невелики — гораздо меньше, чем у других видов живых существ. Это было истолковано как свидетельство того, что в эволюционной истории человечества сравнительно недавно имело место явление, называемое генетиками эффектом «бутылочного горлышка». Суть его состоит в том, что, если в какой-то период существования вида численность его представителей по тем или иным причинам резко сокращается до размеров небольшой популяции и если затем эта популяция каким-то чудом всё же не вымирает, а наоборот, растёт количественно, что приводит к восстановлению вида, то для последнего очень долго будет характерна весьма низкая степень генетического разнообразия, близкая к той, какая была у популяции-основателя. Подобная ситуация могла иметь место, например, в истории африканских гепардов, десятки тысяч современных представителей которых ведут, возможно, свою родословную, всего от нескольких особей, бывших некогда свидетелями жестокого кризиса в истории этого подвида и переживших его. В сравнительно недавней человеческой истории эффект «бутылочного горлышка», видимо, имел место при заселении Полинезии, всё современное коренное население которой происходит, как полагают генетики, от очень небольшого числа женщин-прародительниц (возможно, всего трёх), прибывших на острова 1–3 тыс. лет назад с группой древних мореплавателей.
В середине 80-х гг. прошлого века несколькими группами биологов в разных лабораториях Японии и США было установлено, что в строении ДНК митохондрий современное африканское население обнаруживает гораздо большую степень вариабельности, чем население остальных континентов. Это истолковывается в том смысле, что группа выходцев из Африки стала некогда предковой для всех нынешних жителей Земли, исключая лишь их родной континент, обитатели которого уже были к тому времени достаточно разнообразны в генетическом плане. К аналогичным результатам примерно в то же время привёл и анализ ДНК, содержащейся не в митохондриях, а в ядрах клеток. В 90-е гг., правда, стали появляться и статьи, где данные молекулярной генетики истолковывались в пользу мультирегиональной теории, но подавляющее большинство новых работ ставят такую интерпретацию под сомнение и подтверждают вывод об африканских корнях современного человечества.
